CN1854507A - 具有燃料喷射的二冲程发动机 - Google Patents

Abstract

一种二冲程内燃机配备了燃料喷射器。所述二冲程内燃机可具有至少一个输送通道、空气通道和燃料喷射器。输送通道位于发动机曲轴箱和燃烧室之间。空气通道与输送通道顶部气体连通。燃料喷射器与空气通道气体连通，并将燃料喷射到空气通道中。所述二冲程内燃机可用于手持式的草坪和花园设备。

Description

具有燃料喷射的二冲程发动机

本申请享用2005年2月23日提交的美国临时申请No.60/655,741的优先权，在此一并引入以供参考。

技术领域

本发明涉及二冲程发动机，更具体地涉及具有扫气或输送通道具有燃料喷射的二冲程发动机。

背景技术

传统的二冲程发动机，因为使用新鲜的燃料-空气混合物清扫燃烧室，因此其碳氢化合物排放高，燃料效率差。在现有技术中公知的是，通过在燃料-空气混合物之前流过无燃料的清扫空气，减小二冲程发动机系统造成的扫气损失。这减少了由于具有排气口的燃烧室内新鲜燃料-空气混合物短路造成的燃料损失。

为了解决这个问题，开发了具有分层空气头(stratified air-head)的扫气式二冲程发动机。2003年5月28日提交的美国专利申请2004/0040522披露了这种发动机的一个例子，其标题是“Two StrokeEngine with Rotatably Modulated Gas Passage”。在这种设计中，分层空气头二冲程发动机从输送通道顶部通过簧片阀或活塞端口吸入清扫空气。但是，这种设计还需要一种特殊的化油器，这种化油器有两个阀门，一个用于空气，另一个用于空气-燃料混合物。

基于上述原因，需要一种二冲程发动机消除定制设计化油器的需求并提供具有改进发动机性能的自调节燃料调节。

发明内容

因此，本发明的实施例提供一种新的和改进的二冲程发动机，其空气头具有脉冲喷射。单一的空气通道和顺序脉冲燃料喷射器使较低成本的发动机具有改进的性能。因为空气是通过输送通道的顶部吸入发动机的，并且燃料喷射到此空气中，因此可以在进气过程中切断燃料，使输送通道含有基本没有燃料的空气，用于分层扫气。另外，不使用催化剂可以达到减少排放。

二冲程发动机具有响应于电控制装置的燃料喷射器。二冲程发动机在发动机的曲轴箱和燃烧室之间具有输送通道。二冲程发动机尤其适合于手提式草地和花园修剪机。

附图说明

图1表示本发明二冲程发动机一个实施例的正面剖视图；

图1A表示本发明二冲程发动机另一个实施例的正面剖视图，其中燃料喷射器在缸壁上；

图2表示图1二冲程发动机的顶部剖视图；

图3表示具有簧片阀控制进气系统的二冲程发动机的定时图；

图4表示本发明二冲程发动机另一个实施例的正面剖视图；

图5表示图4二冲程发动机的顶部剖视图；

图6表示本发明二冲程发动机另一个实施例在BDC附近的正面剖视图；

图7表示本发明二冲程发动机另一个实施例在TDC附近的正面剖视图；

图8表示图6-7二冲程发动机的顶部剖视图；

图9表示具有活塞端口和回转阀控制进气系统的二冲程发动机的定时图；

图9A表示具有活塞端口和回转阀控制进气系统的二冲程发动机的定时图，其中燃料喷射器位于簧片阀下游，或者当燃料直接喷射到输送通道中或输送端口附近；

图10表示本发明二冲程发动机另一个实施例在BDC附近的正面剖视图；

图11表示本发明二冲程发动机另一个实施例在TDC附近的正面剖视图；

图12表示图10-11二冲程发动机的顶部剖视图；

图13表示本发明二冲程发动机另一个实施例在BDC附近的正面剖视图；

图14表示本发明二冲程发动机另一个实施例在TDC附近的正面剖视图；

图15表示图13-14二冲程发动机的顶部剖视图；

图16表示本发明具有活塞端口的二冲程发动机一个实施例在BDC附近的正面剖视图；

图16A表示本发明具有活塞端口的二冲程发动机另一个实施例在BDC附近的正面剖视图，其中燃料喷射器在缸壁上；

图17表示本发明具有活塞端口的二冲程发动机一个实施例在TDC附近的正面剖视图；

图17A表示本发明具有活塞端口的二冲程发动机另一个实施例在TDC附近的正面剖视图，其中燃料喷射器在缸壁上；

图18表示本发明二冲程发动机另一个实施例在BDC附近的正面剖视图；

图19表示本发明二冲程发动机另一个实施例在TDC附近的正面剖视图；

图20表示图18-19二冲程发动机的顶部剖视图；

图21表示本发明具有活塞端口的二冲程发动机一个实施例在BDC附近的正面剖视图；

图22表示本发明具有活塞端口的二冲程发动机一个实施例在TDC附近的正面剖视图；

图23表示本发明二冲程发动机另一个实施例的顶部剖视图；

图24表示本发明具有活塞端口的二冲程发动机全曲轴实施例在BDC附近的正面剖视图；

图25表示图23和24的曲柄臂阀的详细图；

图26表示本发明具有活塞端口的二冲程发动机全曲轴实施例在BDC附近的正面剖视图；

图27表示本发明二冲程发动机另一个实施例的顶部剖视图；

图28表示本发明二冲程发动机另一个实施例的正面剖视图；

图29表示本发明全曲轴二冲程发动机另一个实施例的侧剖视图；

图30表示本发明全曲轴二冲程发动机另一个实施例的正面剖视图；

图31表示本发明全曲轴二冲程发动机另一个实施例的正面剖视图；

图32表示本发明二冲程发动机另一个实施例的顶部剖视图；

图33表示本发明二冲程发动机另一个实施例的顶部剖视图；

图34表示本发明二冲程发动机另一个实施例的侧剖视图；

图35表示像图34所示发动机一样、具有簧片阀控制进气系统的二冲程发动机的定时图；

图36表示本发明二冲程发动机一个实施例的进气歧管的详细图；

图37表示本发明二冲程发动机的进气歧管的详细图；

图38表示本发明二冲程发动机的进气歧管的详细图；

图39表示本发明二冲程发动机进气歧管的侧剖详细图；

图40表示本发明二冲程发动机另一个实施例的侧剖视图。

图41表示可以用于本发明的燃料喷射器的侧剖视图；

图42表示可以用于本发明的另一燃料喷射器的侧剖视图；

图43表示可以用于本发明的草地花园用的手提式修剪机。

具体实施方式

下面参看图1和2，表示半曲轴二冲程发动机1的一个实施例。发动机1包括汽缸2和曲轴箱3。活塞4在汽缸2内往复运动，并通过连杆6连接到曲轴12圆曲柄臂10的曲柄行程8上。燃烧室14形成在汽缸2中，并由活塞4定界。曲轴12的一端包括曲柄臂10，用于补偿重量和平衡旋转。

燃烧室14通过缸壁18上形成的排气口16连接到废气消音器或类似废气排放单元(未图示)。排气口16允许废气流出燃烧室14并进入废气消音器。

发动机1包括扫气系统，它包括曲轴箱3和燃烧室14之间的至少一个输送通道30。输送通道30用于扫气，使从曲轴箱3吸入的新鲜燃料-空气混合物在做功冲程结束时通过缸壁18的输送端口32充入燃烧室14。输送通道30可以形成为缸壁18中的开放通道，从而它是开放的。另外，输送通道30可以形成为缸壁18中的封闭通道，其每个末端是开口的。

进气系统20供应清扫空气以及发动机1工作所需的燃料-空气混合物。进气系统20形成为连接到输送通道30顶部34的单一空气通道21，并包括空气过滤器22、节流阀23、燃料喷射器24、簧片阀26以及形成在汽缸2壁18中的进气口28。如图1所示，燃料喷射器24位于簧片阀26上游。这种布置将改进簧片阀26的密封和润滑。因为二冲程发动机使用的燃料一般与油预先混合，喷射的燃料-油混合物将在簧片阀26的簧片瓣(reed petal)(未图示)表面上形成一薄层油膜。此油层有助于密封簧片瓣和簧片块(reed block)(未图示)之间的表面。另外，与簧片瓣接触的燃料将冷却簧片瓣。

节流阀23控制流入发动机1的空气量。蝶阀可以用作节流阀23，但也可以使用其它类型的阀。当输送通道30和曲轴箱3的压力低于环境压力时，簧片阀26打开，使新鲜空气流过空气过滤器22并流入输送通道30和曲轴箱3。可以使用控制算法控制燃料喷射器24的燃料喷射。控制算法可以监测发动机参数，例如曲轴位置、发动机速度、发动机扭矩、气门位置、废气温度、进气歧管压力、进气歧管温度、曲轴箱压力、环境温度和其它影响发动机性能的工作条件。这些控制算法的例子披露于1991年4月23日公开的美国专利5009211，其标题为“Fuel InjectionControlling Device for Two-Cycle Engine”，以及1991年9月24日公开的美国专利5050551，其标题为“System For Controlling IgnitionTiming and Fuel Injection Timing of a Two-Cycle Engine”，其内容在此引用作为参考文献。

图3表示具有簧片阀控制进气系统的发动机1的定时图。曲轴12的旋转角度沿x轴绘制，而y轴表示输送端口32和排气口16的端口面积相对大小，表示排气口16的面积大于输送端口32的面积。在运转时，当活塞4处于下死点中心位置(BDC)时，排气口16打开，将废气从燃烧室14排到环境中。另外，输送端口32也是打开的，使清扫空气和燃料-空气混合物从输送通道30和曲轴箱3流入燃烧室14。清扫空气在燃料-空气混合物之前首先流入燃烧室。此扫气过程清除燃烧室14的燃烧产物并减少通过排气口16直接短路的燃料-空气混合物的数量。随着活塞4升高，首先输送端口32关闭，然后排气口16关闭。随着活塞4继续升高，曲轴箱3内的压力下降到低于环境压力，从而打开簧片阀26。这使新鲜清扫空气通过空气过滤器22和进气口28进入输送通道30的顶部34。

燃料喷射器24将燃料直接喷射到清扫空气中，形成燃料-空气混合物。此燃料-空气混合物通过进气口28流入输送通道30顶部34，最终到达曲轴箱3。分层是由燃料喷射的持续时间确定的，而燃料喷射的开始和结束取决于发动机1的工作条件。例如，对于稳态工作条件，燃料喷射在空气流入之前结束。结果，仅有空气继续流入输送通道30，使清扫空气层留在输送通道30中，燃料-空气混合物在曲轴箱3中。对于冷启动，燃料喷射可以早开始，晚结束，使燃料-空气混合物较富化，而分层很少或没有。在发动机怠速或预热期间，可以实现分层或逐渐增大。当发动机加速时，燃料喷射开始得可以比进气口28打开稍快一些，并继续直到燃料喷射终点稳定状态结束，但在空气流入结束之前。这提供了更加富化的燃料-空气混合物。当发动机减速时，可以彻底关断燃料，或者如果在较长时间进行减速，就仅喷射很少的燃料-空气混合物帮助润滑零件。算法也可以设计成，喷射器24可以在怠速时间彻底关断燃料而不喷射，此时发动机1间歇点火，节约燃料并减少排放。

当活塞4到达上死点中心位置(TDC)时，燃料和空气在燃烧室中被压缩，火花塞40点燃混合物。由此产生的爆炸驱动活塞4向下运动。当活塞4向下运动时，压缩曲轴箱3中的燃料-空气混合物被压缩，增大曲轴箱3中的压力并关闭簧片阀26。当活塞4到达其行程的底部时，排气口16和输送端口32打开，重复上述循环。

图1A表示二冲程发动机1的燃料喷射器24的另一种位置，其中燃料喷射器24重新定位，将燃料直接喷射到输送通道30中。如下面所述，这种燃烧喷射器24的移动可以改进无燃料清扫空气在输送通道30中的分层，以及燃料-空气混合物在曲轴箱3中的分层。

图4和5表示二冲程发动机第二实施例101。燃料喷射器24定位在簧片阀26下游，靠近活塞4。下游放置的燃料喷射器24可以帮助冷却活塞4。通过将燃料喷射到活塞4附近，或者使燃料撞击到活塞上，有助于通过燃料的加热蒸发冷却活塞。燃料的温度(环境温度)低于活塞的表面温度。撞击到活塞裙边或表面上的燃料吸收活塞的热量，使其冷却。发动机101的其它方面类似于图1和2所示的以及上面描述的发动机1。

图6-8表示二冲程发动机第三实施例201。发动机201具有带圆周通道205的活塞204。此圆周通道205可以对齐进气口28和输送端口232。当圆周通道205对齐进气口28和输送端口232时，来自进气口28的空气和燃料-空气混合物流过槽205到达输送端口232进入一对输送通道230。圆周通道205也可以形成为狭缝、沟槽、切口或其它形状。图9表示具有活塞端口控制的进气系统的发动机201的定时图。此定时类似于图3所示。与图3一样，曲轴12的旋转角度沿图9的x轴表示，而图9的y轴代表输送端口232和排气口16的端口面积相对大小，表示排气口16的端口面积大于输送端口232的面积。

在运转时，当活塞204处于BDC时，排气口16打开，将气体从燃烧室214排放到环境中。另外，输送端口232也打开，使分层的清扫空气和燃料-空气混合物从一对输送通道230和曲轴箱203流到燃烧室214。清扫空气在燃料-空气混合物之前首先流入燃烧室。当活塞204升高时，活塞侧壁首先关闭输送端口232，然后关闭排气口16。随着活塞204继续升高，曲轴箱203内的压力下降到低于环境压力，从而打开簧片阀26。这使新鲜清扫空气通过空气过滤器22和进气口28流入。当圆周通道205对齐输送端口232和进气口28时，在进气系统20和输送通道230和曲轴箱203之间建立气体连通。这使清扫空气和燃料-空气混合物流过进气口28并流入输送通道230，最终到达曲轴箱203。

当活塞204到达TDC时，燃料和空气在燃烧室中被压缩，火花塞40点燃混合物。由此产生的爆炸驱动活塞204向下运动。当活塞204向下运动时，压缩曲轴箱203中的燃料-空气混合物，增大曲轴箱203中的压力并关闭簧片阀26。当活塞204到达其行程的底部时，排气口16和输送端口232打开，重复上述循环。发动机201的其它方面类似于图1和2所示和上面描述的发动机1。

图10-12表示二冲程发动机第四实施例301。与发动机101一样，燃料喷射器24定位在簧片阀26下游，靠近活塞304。下游放置的燃料喷射器24可以帮助冷却活塞304，如上所述。发动机301的其它方面类似于图1-3和6-9所示的以及上面描述的发动机1和201。

图13-17表示使用活塞控制环路扫气系统的二冲程发动机第五实施例401。在发动机401中，去除了上述其它实施例中使用的簧片阀。相反，活塞404设计成，输送通道430的输送端口432由汽缸402中往复运动的活塞404密封性地关闭。当圆周通道405不对齐进气口428和输送端口432时，活塞404外圆周上的活塞裙边450与缸壁418配合，关闭通向进气口428的输送通道430。仅当圆周通道405对齐进气口428和输送端口432时输送通道430打开。发动机401的其它方面类似于图1-3、6-9所示的以及上面描述的发动机1和201。

图16A和17A表示二冲程发动机401的燃料喷射器24的另一个位置，其中燃料喷射器24重新定位成将燃料直接喷射到圆周通道405。如同下面描述的，燃料喷射器24的这个位置可以改进无燃料清扫空气在输送通道430中的分层以及燃料-空气混合物在曲轴箱403中的分层。

图18-20表示二冲程发动机第六实施例501。燃料喷射器624定位在靠近活塞504。燃料喷射器24的这个位置可以帮助冷却活塞504，如上所述。发动机501的其它方面类似于图13-17所示和如上所述的发动机401。

图21-22表示燃料喷射器624的另一个位置。此燃料喷射器624定位在曲轴箱603中，使燃料直接喷射到曲轴箱603中。燃料喷射器624的这个位置可以改进无燃料清扫空气在输送通道630中的分层以及燃料-空气混合物在曲轴箱603中的分层。运行时，燃料喷射器624将燃料直接喷射到曲轴箱603中。此燃料与从输送通道630流入曲轴箱603的空气混合形成燃料-空气混合物。发动机601的其它方面类似于上述的发动机。

图23-25表示二冲程发动机另一个实施例701。发动机701是全曲轴发动机，由曲轴712两侧的轴承可旋转地支撑。簧片阀726定位在第二空气通道729的两端，开放在一对输送通道730中。燃料喷射器724定位在簧片阀726的上游。而且，旋转的曲柄臂710(从图25更好地看出)打开和关闭输送通道730，用于通过单向簧片阀726启动和停止燃料-空气混合物和空气流入输送通道730。一旦燃料-空气混合物和空气流入输送通道730和曲轴箱703结束，一般是在TDC以后几度出现，则通过曲柄臂710关闭输送通道730。结果，保留在输送通道730中的空气与曲轴箱703中的混合物隔离。这种隔离保持了输送通道中的空气纯度，直到输送通道730重新再被曲柄臂710打开进行扫气过程，这稍稍发生在输送端口732打开之前或之后。发动机701的其它方面类似于图1-3所示和上面描述的发动机1。还需注意到，本发明的发动机701结合了与以下专利中披露的设计和/或功能类似的部分：美国专利申请2004/0040522，2003年5月28日提交，标题为“Two Stroke Engine WithRotartably Modulated Gas Passage”。该专利的内容在此引用作为参考文献，用于避免这些类似部分的不必要重复说明。对旋转曲柄臂710运转的详细描述可以参见专利申请2004/0040522。

图26-27表示二冲程发动机另一个实施例801。一对燃料喷射器824定位在单向簧片阀826的下游。通过使用两个喷射器824，可以减小较大发动机中的喷射器尺寸。这将允许在低载荷或怠速情况下仅使一个喷射器工作。而且，对于脉冲喷射系统，通过将喷射器定位在单向簧片阀下游，并且其位置是直接喷射到输送通道中或在输送端口附近，可以在扫气过程的后期将少量的燃料喷射到贫燃料-空气混合物流中。结果，混合物的分层增强，从而基本无燃料的空气首先流入燃烧室，然后是在进气过程以及在曲轴箱中混合的预混合贫混合物，最后是富混合物。结果将燃料经济性最大化，同时排放最小化。图9a表示当喷射器位于簧片阀的下游时的燃料喷射定时，或者燃料直接喷入输送通道或输送端口附近时的燃料喷射定时。阴影线区域表示在扫气阶段燃料被晚喷射。发动机801的其它方面类似于上面描述的图23-25所示的发动机701。

图28表示二冲程发动机701，其中燃料喷射器724重新定位，使燃料直接喷射到曲轴箱703。如上所述，燃料喷射器724的这个位置可以改进无燃料清扫空气在输送通道730中的分层以及燃料-空气混合物在曲轴箱703中的分层。

图29-30表示全曲轴带气门活塞二冲程发动机901。曲柄臂阀710，表示在图25中并参见2003年5月28日提交的美国专利申请2004/0040522，其标题为“Two Stroke Engine With RotatablyModulated Gas Passage”，该曲臂阀710控制输送通道的开闭定时，由此控制扫气过程。燃料喷射器924位于进气口928。发动机901的其它方面类似于上述发动机。另外，曲柄臂阀710可以用于上述任何的发动机1、101、201、301、401、501、601、701、801、901。曲柄臂阀710可以代替上述发动机中的簧片阀或活塞端口，或者与簧片阀或活塞端口一起使用。而且，曲柄臂阀减小输送通道中分层纯空气和曲轴箱中燃料-空气混合物之间可能出现的混合。

图31表示全曲轴发动机901，其中燃料喷射器924定位在输送通道930的顶部934。如同对发动机801的描述，通过使用两个喷射器924，减小较大发动机的喷射器尺寸。这将允许在低载荷或怠速情况下仅使一个喷射器工作。另外，可以在扫气过程后期将少量的燃料喷射到贫燃料-空气混合物流中。

图32表示二冲程发动机1001。进气口1028分成第一半1028a和第二半1028b。这些第一半1028a和第二半1028b连接到输送端口1032。通过分割进气口1028，可以使第一半1028a和第二半1028b的位置靠近输送端口1032，并将空气供应到一对输送通道1030。另外，发动机1001和活塞1004可以更容易铸造。发动机1001的其它方面类似于图18-20所示和上面描述的发动机501。

图33表示二冲程发动机1101。进气口1128分成第一半1128a和第二半1128b。簧片阀1126允许空气通过进气口1128的第一半1128a和第二半1128b。这些第一半1128a和第二半1128b连接到输送端口1132。通过分割进气口1128，可以使第一半1128a和第二半1128b以及输送端口1132可以定位在排气口16的任一侧，这允许回流扫气。发动机1101的其它方面类似于图1-2所示和上面描述的发动机1。

图34表示二冲程发动机另一个实施例1201。发动机1201包括汽缸1202和曲轴箱1203。曲轴箱室1215形成在曲轴箱1203内。活塞1204装在汽缸1202内往复运动，并通过连杆1206连接到曲轴1212圆曲柄臂1210上的曲柄行程1208。活塞1204具有在其上部表面形成的空洞1207。空洞1207的位置与汽缸1202上部表面上的火花塞1240相对。空洞1207和火花塞1240可以偏离活塞1204和汽缸1202的中心线。

在汽缸1202内形成燃烧室1214，并由活塞1204分界。曲轴1212的一端包括曲柄臂1210，用于补偿重量和平衡旋转。燃烧室1214通过缸壁1218中形成的排气口1216连接到废气消音器或类似的废气排放单元(未图示)。排气口1216使废气流出燃烧室1214，并流到废气消音器。活塞空洞1207的形成，将引导充气向上流动，保持充气直接流到排气口1216。

发动机1201包括扫气系统，它具有至少一个输送通道1230，在曲轴箱室1215与燃烧室1214之间建立气体连通。输送通道1230在做功结束时通过缸壁1218中的输送端口1232用于扫气并使从曲轴箱1203吸入的燃料-空气混合物流入燃烧室1214。

进气系统1250供应发动机1201运行所需的清扫空气和燃料-空气混合物。进气系统1250包括具有簧片瓣1254和簧片板1256的簧片阀、燃料喷射器1260、节流阀1262和空气过滤器1264。进气系统1250装在汽缸1202上，形成输送通道1230的盖。

运行时，当活塞1204向上运动到TDC，曲轴箱1203压力下降。此压力降使空气通过簧片瓣1254进入输送通道1230，并通过输送通道1230底部的通道1236进入曲轴箱1203。如图35所示定时图所示，燃料喷射器1260将燃料喷射到空气中，形成燃料-空气混合物。在此簧片阀控制的进气系统中，穿过簧片阀的簧片瓣1254的压力差决定进气持续时间，而节流阀1262控制流入发动机的空气量。燃料喷射的持续时间决定分层。在稳态运行条件下，燃料喷射在空气流入结束前完成结束。由于燃料先结束，仅有空气继续流入输送通道1230。结果，空气原位处于输送端口1230和曲轴箱室1215之间。因此，仅是基本没有燃料的空气充入输送通道1230。

将燃料喷射到进气空气流的开始和结束取决于发动机运行状态。例如，在冷启动时，需要喷射早开始，晚结束，从而根本没有任何分层。在怠速和预热期间，可以随着发动机预热逐渐达到分层。在加速期间，喷射可以开始得比进气定时略早，并继续完全越过喷射稳态结束，但在进气结束之前。结果，在提供额外的富混合物加速的同时，可以实现分层达到改进排放。而且，怠速期间的分层可以减小排放程度。

图35中所示的定时图，类似于图3，表示簧片阀发动机1201的恰当的端口定时。图中所示的燃料喷射持续时间解释何时燃料切断，过后仅有空气流入输送通道。而且，可以在减速期间完全切断燃料。

进气系统1250也可以包括多管进气歧管1252，如图36所示。进气歧管1252可以通过多个筋1253将输送通道1230分成多个通道1230a、1230b、1230c。这种多管进气系统允许单独调节供应到各个输送通道的空气。虽然图36表示歧管1252有两个筋1253将输送通道1230分成三个通道1230a、1230b、1230c，但也可以使用其它数量的筋1253，将输送通道1230分成其它数量的通道。

进气歧管1252也可以与簧片阀集成为一个组件。如图36-38所示，供应到各个输送通道1230a、1230b、1230c的空气分别通过阀1262a、1262b、1262c单独调节。这些阀也可以是旋转节流控制阀，并表示在图37-38中。燃料喷射器1260仅向中间通道1230b提供燃料。而且，三个通道1230a、1230b、1230c的入口开口或喉部的尺寸不必要相同。外侧通道1230a和1230c的入口在怠速和部分节流时关闭，使更多的空气流入中间通道1230b。燃料喷射到(燃料喷射器未图示)此空气流中。图37和38分别表示外侧阀1262a、1262c和中间阀1262b。在更高的喉部，所有三个阀1262a，1262b，1262c都可以打开。与管直径D1和D2相关的喉部直径d1和d2大小表示在图37和38中，其中D1大于d1。

而且，因为燃料或多或少被限制流过中间通道1230b，因此流过相邻通道的空气对输送到燃烧室的燃料起到空气包裹的作用。在活塞向下运行时，通过以中间输送端口1232b比侧部输送端口1232a、1232c晚打开的方式错开输送端口，使空气在燃料-空气混合物通过中间输送端口1232b进入燃烧室1214之前通过侧部输送端口1232a和1232c进入燃烧室1214(见图34)。因此，仅有基本没有燃料的空气损失到废气中。排放在怠速和部分节流下也较低。这在图34中示出，其中侧部输送端口1232a的开口定位在缸壁1218上且比中间输送端口1232b更高。

对于图34所示的、上述具有多管歧管1252的发动机1201，燃料喷射可以定时，以达到燃料和空气的理想混合。而且，由于燃料在进气期间先喷射，它可以进入曲轴箱1203起到润滑作用。并且，曲轴箱1203中的空气和燃料的搅动有助于混合。

图39表示燃料泵与进气歧管1252集成在一起的上述发动机1201，它也装有簧片阀1254a、1254b、1254c(在图39中仅示出1254b；图36中示出1254a，1254c)。进气系统1250连接在二冲程发动机的缸件1290。通常进气歧管1252这个实施例也可以用在这里描述的除图39所示发动机之外的任何其它的具有活塞端口的发动机。

燃料泵1270的操作类似于化油器中的泵的操作，需要来自曲轴箱1203的脉动压力信号(见图34)。例如，如图39所示，在输送通道1230和隔膜1274之间设有通道1272。结果，当活塞升起，在输送通道1230和隔膜通道1272中出现压力下降。这引起隔膜1274偏转离开燃料泵1270的燃料进口1288。在隔膜1274上方导致的负压力引起进口挡板阀1266开启，燃料被抽进燃料泵1270中。然而，当活塞向下移动时，在输送通道1230和隔膜通道1272中出现压力上升。这引起隔膜1274朝向燃料进口1288偏转。导致的正压力迫使进口挡板阀1266关闭并使得燃料喷射器挡板阀1268开启。结果，燃料被泵进燃料喷射器管线1276中。泵1270和挡板阀1266和1268的实际布置类似于标准的隔膜化油器，例如ZAMA的H60E和WALBRO的WYC10。

燃料喷射器管线1276按路线到达燃料喷射器入口(如下所示和描述的)，由此将燃料提供给燃料喷射器1260。燃料喷射器1276也可以按路线根据需要到达放气线1278。放气线1278可以连接在放气球(例如单向阀装置和其他流量控制装置)来使得操作者手动排放燃料系统中的空气。燃料喷射器管线1276也可以按路线到达压力调节器来控制燃料喷射器1260的燃料压力。优选地，压力调节器具有连接在燃料喷射器管线1276上的压力室1280。压力调节阀1282位于压力室1280中。压力调节阀1282可以成形为所示的锥形或者其他任何适合于控制流体流的形式。压力调节阀1282由弹簧1284偏压向前由此阀1282的前表面抵靠压力室1280的圆周表面密封。结果，当燃料喷射器管线1276中的燃料压力超过预定的阈值，燃料压力迫使压力调节阀1282向后抵靠弹簧1284。这将阀1282解密封并允许燃料流到压力调节器出口1286中，在此其按路线又返回到燃料容器。

如上所述，回转节流阀1262控制空气流进入进气系统1250。回转节流阀1262可以是如图39所示的筒阀(barrel valve)1262，或者是如图34所示的蝶阀1262或者是任何其他形式的回转节流阀。燃料喷射器1260如上所述和如下进一步描述的将燃料喷射进空气流中。优选地，使用电控制装置来控制燃料喷射器1260。燃料-空气混合物进入输送通道1230是被簧片瓣1254b控制的。由此，当活塞升起，导致的穿过簧片阀的压力下降使得簧片瓣1254开启，燃料-空气混合物被抽到输送通道1230中。当活塞向下移动，导致的压力上升使得簧片瓣1254关闭且密封，由此防止燃料-空气混合物进一步流入输送通道1230中。

图40表示发动机1301，其中燃料喷射器1360的位置将燃料直接喷射到输送通道1330。燃料可以按两阶段喷射。在第一阶段，燃料在进气期间先喷射，使燃料进入曲轴箱1303起到润滑作用。在第二阶段，燃料也在后扫气过程喷入，此时燃料-空气混合物从曲轴箱流入燃烧室。由这形成的扫气过程中，空气之后是贫混合物，然后是富混合物。发动机1301的其它方面类似于上述的发动机。

可以与如上描述的发动机一起使用的燃料喷射器1400的一种类型表示在图41中。燃料喷射器1400优选设计成在低压下操作和消耗低能量。这种类型的燃料喷射器由Lee公司提供作为流体控制的控制阀。对于Lee公司的控制阀的其他描述，可以参见Lee公司的技术手册，release7.1。

燃料喷射器1400具有容装燃料喷射器1400部件的阀体1402，并且可以在燃料喷射的理想位置处连接在进气系统。燃料通过入口1404进入燃料喷射器1400并填充室1406中。弹簧1408位于活塞1410一部分的后面并向前偏压活塞1410。在活塞1410的前端设有密封件1412。结果，弹簧1408使得活塞1410的前部密封件1412抵靠出口通道1414密封。

燃料喷射器1400的操作被一电子控制装置(“ECU”)1416所控制。该电子控制装置1416产生代表如上所描述的燃料喷射例的电信号。该电信号通过电终端1418被传递到燃料喷射器1400。来自电子控制装置1416的电信号激活或中断在燃料喷射器1400中的一电磁线圈1420，以控制通过喷射器出口1422的燃料的持续时间和定时。例如，电磁线圈1420可被电子控制装置1416激活，以迫使活塞1410朝后抵靠弹簧1408。这将通过把前密封件1412从出口通道1414移开来打开进口1404和出口1422之间的连通。也可在活塞1410的一部分之后设置一后密封件1424，以在出口1422向进口1404打开时密封室1406的朝后的部分。当电磁线圈1420被电子控制装置1416中断时，弹簧1408迫使活塞1410向前直至前密封件1412关闭出口通道1414。

还可设置一返回口1426。当活塞1410被弹簧1408向前压迫以致前密封件1412关闭出口通道1414时，燃料可通过室1406和同轴的通道1428，到达返回口1426。当活塞1410被电磁线圈1420向后压迫以致后密封件1424关闭同轴通道1428时，进口1404和返回口1426之间的燃料流被堵住。返回口1426是可选择的，也可去除如果如此要求的话。但是，选择采用返回口1426，是因其冷却燃料喷射器1400并有助于防止燃料系统中的气塞。返回口1426还可与放气阀连接，以改善启动性能。

图41显示的燃料喷射器1400的一个优点是，它可以与低成本、低压燃料泵，如图39中所显示的隔膜泵1270一起使用。例如，燃料喷射器可在1-10psig的操作压力下使用。燃料喷射器还具有低的电能消耗。典型地，电能消耗可以为约250-550miliwatts。燃料喷射器还具有长寿命，并且可以运行300小时以上。

图42显示了一个可替代的燃料喷射器1430。该燃料喷射器1430的大多数部件都与图41中所显示的且在上面所描述的燃料喷射器1400相同。因此，没有必要重复所有的描述。该燃料喷射器1430的一个区别是，出口通道1432设置成一定角度，从而，出口1434与进口1404和返回口1426平行。这可有利于把燃料喷射器1430安装在齐平抵靠燃料进气系统的位置。

可以理解的是，上面图示和说明的二冲程发动机提供一种新型的空气和燃料进气结构，可以用于改进扫气和分层。二冲程发动机特别适合于驱动切割植物的柔性直线修剪机，但也可以用于具有刚性刀片的刷式切割机或草坪修边机。与这样的燃料喷射系统相结合，这种回转式发动机也可以用于驱动，例如，树篱修剪机、真空机、鼓风机、吹雪机、动力弓锯、圆锯、链锯、水泵、割草机、发电机或其它手持式动力工具。

如图43所示，二冲程发动机可用在草坪和花园，手持柔性直线修剪机1500上。优选地，二冲程发动机1502被安装在修剪机1500的顶端。在这种安装之下，二冲程发动机1502为修剪机1500提供平衡。发动机1502的驱动轴可以定向，以通过修剪机1500的主管1504传递转动扭矩。可提供一根拉索，或其它类型的起动器，以允许操作人员起动发动机1502。

可邻近发动机1502且与主管1504同轴提供一第一把手1508。优选地，第一把手1508靠近修剪机1500的重心。第一把手1508还可包括一控制杆1510，以允许操作人员控制速度和/或二冲程发动机1502的动力。还可提供一第二把手1512。第二把手1512优选地设置在与第一把手1508相距一段距离的地方，以使操作人员能够舒适地同时通过第一把手1508和第二把手1512来把持修剪机1500。一转动的柔性线1514位于修剪机1500的底端，其典型地被用于修剪草坪和花园的植物。正如本领域的技术人员所能理解的，该转动的柔性线1514通过主管1504被发动机1502的驱动轴所驱动。

在手持式，草坪和花园用设备上使用所描述的二冲程发动机的一个优点是，二冲程发动机的重量比较轻，且其提供每单元重量高动力输出。因此，在上面所描述的修剪机1500的情况中，发动机1502的重量可被一个操作人员轻易地抬起。发动机1502还提供充足的动力，以驱动转动的柔性线1514，用于修剪出想要的植物，或操作其它典型的草坪和花园设备。上面所描述的二冲程发动机还可改善手持式，草坪和花园用设备的操作性能和提供更低的燃烧排放。

虽然已经参考特别图示的实施例说明和图示了本发明，但并不意味着本发明限制在这些图示的实施例中。本领域一般技术人员将意识到，在不偏离权利要求限定的本发明实际范围和精神的条件下，可以做出多种变化和修改。因此，落在所附权利要求及其等价条款范围内的所有这些变化和修改，都包括在本发明中。

Claims (48)

1.一种二冲程内燃机，包括：

a.在发动机曲轴箱和燃烧室之间的至少一个输送通道；

b.使至少一个输送通道的顶部与环境气体连通的空气通道；以及

c.与空气通道气体连通的燃料喷射器，其中所述燃料喷射器将燃料喷射到所述空气通道中。

2.如权利要求1所述的二冲程内燃机，其特征在于发动机具有半曲轴。

3.如权利要求1所述的二冲程内燃机，其特征在于发动机具有全曲轴。

4.如权利要求1所述的二冲程内燃机，还包括回转关断阀，所述回转关断阀连接到发动机的曲轴，并且可操作地设置成打开和关闭曲轴箱和至少一个输送通道之间的气体连通。

5.如权利要求1所述的二冲程内燃机，其特征在于空气通道具有位于环境和至少一个输送通道的顶部之间的簧片阀，并且所述簧片阀可操作地设置成打开和关闭环境和至少一个输送通道之间的气体连通。

6.如权利要求5所述的二冲程内燃机，其特征在于燃料喷射器位于簧片阀下游。

7.如权利要求5所述的二冲程内燃机，其特征在于燃料喷射器位于簧片阀上游。

8.如权利要求1所述的二冲程内燃机，还包括：

d.具有缸壁的汽缸；以及

e.装在汽缸内的往复运动活塞；以及

其中活塞具有圆周通道，在至少一个输送通道和空气通道之间往复建立气体连通。

9.如权利要求8所述的二冲程内燃机，还包括回转关断阀，所述回转关断阀连接到发动机的曲轴，并且可操作地设置成打开和关闭曲轴箱和至少一个输送通道之间的气体连通。

10.如权利要求1所述的二冲程内燃机，其特征在于通过一个算法控制燃料喷射器。

11.根据权利要求1的二冲程内燃机，还包括与汽缸和发动机缸体相连的进气系统；和设置在进气系统中的、适于控制进入缸体中的空气流的回转节流阀；其中，所述燃料喷射器设置在进气系统中，在回转节流阀与缸体之间，所述燃料喷射器适于向空气流中喷射燃料。

12.根据权利要求11的二冲程内燃机，还包括设置在燃料喷射器和输送通道之间的簧片阀，所述簧片阀适于在输送通道内的第一压力小于在进气系统中的第二压力时，打开进气系统和输送通道之间的气体连通，且当所述第一压力大于所述第二压力时，关闭气体连通。

13.根据权利要求11的二冲程内燃机，还包括电子控制装置，燃料喷射器响应所述电子控制装置产生的电信号把燃料喷射到空气流中。

14.根据权利要求11的二冲程内燃机，还包括向燃料喷射器供应燃料的低压泵、电子控制装置和压力调节器，所述低压泵把燃料施压到1-10psig；燃料喷射器响应所述电子控制装置产生的电信号把燃料喷射到空气流中；所述压力调节器限制供应至燃料喷射器的燃料压力。

15.根据权利要求14的二冲程内燃机，还包括向燃料喷射器供应燃料的隔膜泵，所述隔膜泵响应输送通道中的压力变化泵送燃料；其中，燃料喷射器包括电磁线圈，所述电磁线圈适于打开和关闭通向所述燃料喷射器的燃料进口和所述燃料喷射器的出口之间的连通，所述电磁线圈响应所述电子控制装置；且所述燃料喷射器包括弹簧，所述弹簧偏压活塞以关闭通向所述燃料喷射器的燃料进口和所述燃料喷射器的出口之间的连通。

16.根据权利要求15的二冲程内燃机，还包括设置在燃料喷射器和输送通道之间的簧片阀，所述簧片阀适于在输送通道内的第一压力小于在进气系统中的第二压力时，打开进气系统和输送通道之间的气体连通，且当所述第一压力大于所述第二压力时，关闭气体连通；其中，所述压力调节器包括偏压阀以密封该阀的弹簧，燃料供应解除该阀密封到预定压力之上，从而允许燃料流过该阀；且还包括与所述燃料喷射器相连的放气线，所述放气线适于从供应到燃料喷射器的燃料中清除空气。

17.一种二冲程内燃机，包括：

a.在发动机曲轴箱和燃烧室之间的至少一个输送通道；

b.使至少一个输送通道的顶部与环境气体连通的空气通道；以及

c.与空气通道气体连通的燃料喷射器，其中所述燃料喷射器将燃料喷射到曲轴箱中。

18.如权利要求17所述的二冲程内燃机，其特征在于所述发动机具有半曲轴。

19.如权利要求17所述的二冲程内燃机，其特征在于所述发动机具有全曲轴。

20.如权利要求17所述的二冲程内燃机，还包括回转关断阀，所述回转关断阀连接到发动机的曲轴，并且可操作地设置成打开和关闭曲轴箱和至少一个输送通道之间的气体连通。

21.如权利要求17所述的二冲程内燃机，其特征在于空气通道具有位于环境和至少一个输送通道的顶部之间的簧片阀，并且所述簧片阀可操作地设置成打开和关闭环境和至少一个输送通道之间的气体连通。

22.如权利要求21所述的二冲程内燃机，其特征在于燃料喷射器位于簧片阀下游。

23.如权利要求21所述的二冲程内燃机，其特征在于燃料喷射器位于簧片阀上游。

24.如权利要求17所述的二冲程内燃机，还包括：

d.具有缸壁的汽缸；以及

e.装在汽缸内的往复运动活塞；以及

其中活塞具有圆周通道，其在至少一个输送通道和空气通道之间往复建立气体连通。

25.如权利要求24所述的二冲程内燃机，还包括回转关断阀，所述回转关断阀连接到发动机的曲轴，并且可操作地设置成打开和关闭曲轴箱和至少一个输送通道之间的气体连通。

26.如权利要求17所述的二冲程内燃机，其特征在于通过一个算法控制燃料喷射器。

27.一种二冲程内燃机，包括：

a.与发动机缸体相连的进气系统；

b.设置在进气系统中，适于控制进入缸体中的空气流的回转节流阀；和

c.设置在进气系统中，在回转节流阀与缸体之间的燃料喷射器，所述燃料喷射器适于向空气流中喷射燃料。

28.根据权利要求27的二冲程内燃机，还包括设置在燃料喷射器和缸体之间的簧片阀，所述簧片阀适于在缸体内的第一压力小于在进气系统中的第二压力时，打开进气系统和缸体之间的气体连通，且当所述第一压力大于所述第二压力时，关闭气体连通。

29.根据权利要求27的二冲程内燃机，还包括向燃料喷射器供应燃料的低压泵，所述低压泵把燃料施压到1-10psig。

30.根据权利要求27的二冲程内燃机，还包括向燃料喷射器供应燃料的隔膜泵，所述隔膜泵响应发动机的曲柄轴箱中的压力变化泵送燃料。

31.根据权利要求27的二冲程内燃机，还包括电子控制装置，所述燃料喷射器响应所述电子控制装置产生的电信号把燃料喷射到空气流中。

32.根据权利要求27的二冲程内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器包括电磁线圈，所述电磁线圈适于打开和关闭通向所述燃料喷射器的燃料进口和所述燃料喷射器的出口之间的连通。

33.根据权利要求27的二冲程内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器包括弹簧，所述弹簧偏压活塞以关闭通向所述燃料喷射器的燃料进口和所述燃料喷射器的出口之间的连通。

34.根据权利要求27的二冲程内燃机，其特征在于，所述燃料喷射器包括适于把燃料喷射到空气流中的出口，所述出口平行于通向所述燃料喷射器的燃料进口设置。

35.根据权利要求27的二冲程内燃机，还包括压力调节器，所述压力调节器限制供应至燃料喷射器的燃料压力。

36.根据权利要求35的二冲程内燃机，其特征在于，所述压力调节器包括偏压阀以密封该阀的弹簧，燃料供应解除该阀密封到预定压力之上，从而允许燃料流过该阀。

37.根据权利要求27的二冲程内燃机，还包括与所述燃料喷射器相连的放气线，所述放气线适于从供应到燃料喷射器的燃料中清除空气。

38.根据权利要求27的二冲程内燃机，还包括向燃料喷射器供应燃料的低压泵、电子控制装置和压力调节器，所述低压泵把燃料施压到1-10psig；燃料喷射器响应所述电子控制装置产生的电信号把燃料喷射到空气流中；所述压力调节器限制供应至燃料喷射器的燃料压力。

39.根据权利要求38的二冲程内燃机，还包括向燃料喷射器供应燃料的隔膜泵，所述隔膜泵响应发动机的曲柄轴箱中的压力变化泵送燃料；其中，燃料喷射器包括电磁线圈，所述电磁线圈适于打开和关闭通向所述燃料喷射器的燃料进口和所述燃料喷射器的出口之间的连通，所述电磁线圈响应所述电子控制装置；且所述燃料喷射器包括弹簧，所述弹簧偏压活塞以关闭通向所述燃料喷射器的燃料进口和所述燃料喷射器的出口之间的连通。

40.根据权利要求39的二冲程内燃机，还包括设置在燃料喷射器和缸体之间的簧片阀，所述簧片阀适于在缸体内的第一压力小于在进气系统中的第二压力时，打开进气系统和缸体之间的气体连通，且当所述第一压力大于所述第二压力时，关闭气体连通；其中，所述压力调节器包括偏压阀以密封该阀的弹簧，燃料供应解除该阀密封到预定压力之上，从而允许燃料流过该阀；且还包括与所述燃料喷射器相连的放气线，所述放气线适于从供应到燃料喷射器的燃料中清除空气。

41.一种手持式动力工具，包括：

适于进行所需工作的操作头；

可操作地连接于所述操作头的二冲程内燃机，所述二冲程内燃机的曲柄轴驱动所述操作头，所述二冲程内燃机包括燃料喷射器和电子控制装置，所述电子控制装置产生电信号，以控制至少被所述燃料喷射器喷射到所述二冲程内燃机中的燃料的定时和持续时间；

至少一个适于被操作人员把持以手动抬起所述操作头和所述二冲程内燃机的把手。

42.根据权利要求41所述的手持式动力工具，其特征在于，所述操作头包括柔性直线修剪机。

43.一种二冲程内燃机，包括：

a.与曲柄轴箱室相连通的第一通道，设置成控制进入所述第一通道的空气流的第一节流阀；

b.与所述曲柄轴箱室相连通的第二通道，设置成控制进入所述第二通道的空气流的第二节流阀，设置成喷射燃料到所述第二通道中的燃料喷射器；

c.与所述曲柄轴箱室相连通的第三通道，设置成控制进入所述第三通道的空气流的第三节流阀；

d.其中，所述第二通道设置在所述第一通道和所述第三通道之间，所述第一节流阀和所述第三节流阀被关闭在低的节流速度上，且所述第二节流阀保持在低的节流速度上至少部分地打开，从而，流向所述曲柄轴箱室的空气流经所述第二通道被限制在低的节流速度上。

44.根据权利要求43所述的二冲程内燃机，其特征在于，所述第一通道和所述第三通道不包括设置在其中的燃料喷射器，所述第一节流阀，所述第二节流阀和所述第三节流阀在高的节流速度上被打开，而燃料则基本上只经所述第二通道提供。

45.根据权利要求44所述的二冲程内燃机，其特征在于，

e.所述第一通道与通向燃烧室的第一输送端口相连通，所述第一输送端口位于沿汽缸壁的第一位置上；

f.所述第二通道与通向所述燃烧室的第二输送端口相连通，所述第二输送端口位于沿所述汽缸壁的第二位置上；

g.所述第三通道与通向所述燃烧室的第三输送端口相连通，所述第三输送端口位于沿所述汽缸壁的第三位置上；

h.其中，所述第一输送端口的所述第一位置和所述第三输送端口的所述第三位置沿所述汽缸壁高于所述第二输送端口的所述第二位置，从而，随着一活塞在所述燃烧室内向下移动，所述第一输送端口和所述第三输送端口在所述第二输送端口之前打开。

46.一种二冲程内燃机，包括：

a.与通向燃烧室的第一输送端口相连通的第一通道，设置成控制进入所述第一通道的空气流的第一节流阀，所述第一输送端口位于沿汽缸壁的第一位置上；

b.与通向所述燃烧室的第二输送端口相连通的第二通道，设置成控制进入所述第二通道的空气流的第二节流阀，所述第二输送端口位于沿所述汽缸壁的第二位置上，设置成喷射燃料到所述第二通道中的燃料喷射器；

c.其中，所述第一输送端口的所述第一位置沿所述汽缸壁高于所述第二输送端口的所述第二位置，从而，随着一活塞在所述燃烧室内向下移动，所述第一输送端口在所述第二输送端口之前打开。

47.根据权利要求46所述的二冲程内燃机，还包括与通向所述燃烧室的第三输送端口相连通的第三通道，设置以控制进入所述第三通道的空气流的第三节流阀，所述第三输送端口位于沿所述汽缸壁的第三位置上，其中，所述第二输送端口设置在所述第一输送端口和所述第三输送端口之间，所述第一通道和所述第三通道不包括设置在其中的燃料喷射器，从而，燃料基本上只经所述第二输送端口提供。

48.根据权利要求47所述的二冲程内燃机，其特征在于，

d.所述第一通道与曲柄轴箱室相连通；

e.所述第二通道与所述曲柄轴箱室相连通；

f.所述第三通道与所述曲柄轴箱室相连通；

g.其中，所述第一节流阀和所述第三节流阀在低的节流速度上被关闭，且所述第二节流阀保持在低的节流速度上至少部分地打开，从而流向所述曲柄轴箱室的空气流经所述第二输送端口被限制在低的节流速度上，所述第一节流阀，所述第二节流阀和所述第三节流阀在高的节流速度上被打开。

Images